用于制备陶瓷升液管的材料、陶瓷升液管及其制备方法

1.本发明涉及耐火材料领域，具体地，涉及一种用于制备陶瓷升液管的材料，用该材料制备高温合金反重力铸造的陶瓷升液管的方法，以及该方法制备的陶瓷升液管。


背景技术：

2.先进航空发动机大推力和轻量化的巨大需求驱动着复杂薄壁及超薄壁高温合金铸件得到越来越多的应用。传统重力条件下的高温合金组织演变规律和缺陷形成机理很难直接描述复杂受限空间(内腔和外形特别复杂、壁厚δ≤1.0mm、重力充型极其困难)中铸件的凝固变化过程，这为用于航空发动机上的高温合金复杂薄壁铸件的完美成型和冶金质量提升带来了挑战。与之相应的，对高温合金铸件的结构、性能的要求也越来越高，制造难度不断加大。调压铸造可以使薄壁铸件完整充型，在压力下凝固，可以提高铸件力学性能及内部冶金质量。
3.在高温合金反重力铸造过程中，高温熔融金属液(约1500℃)通过升液管被压送至模壳中，由于温度的急剧变化、受热不均，会出现极大温差以及由此而产生的热应力，高速流动的高温金属液会冲刷腐蚀升液管的内壁。升液管作为承载高温金属熔体输送的关键构件，其质量和稳定性至关重要。调压铸造高温合金过程中，下罐体压力可达到0.6～0.8mpa，升液管受到很大的压力作用。因此用于高温合金反重力铸造的升液管需要具有良好的高温力学性能特别是抗热震性、抗冲击性、耐金属液冲刷腐蚀性能。
4.经对现有技术的文献检索发现：申请号为201610645688.8的中国专利，公开了一种升液管的配方及其制备方法，该升液管由重量百分比为85％-95％的致密刚玉、5％-15％的铬质材料，再加入上述两种配料总重量的8％-15％的结合剂制成，可用于铝镁合金低压铸造和真空吸铸，适用于比较低的温度，通常用于700℃以下。而高温合金反重力铸造过程中的抗热震性要求高，使用温度高，这种升液管无法应用。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于制备陶瓷升液管的材料、陶瓷升液管及其制备方法，该升液管可以用于高温合金反重力调压、差压和低压铸造。
6.根据本发明第一个方面，提供一种用于制备陶瓷升液管的材料，所述陶瓷升液管的材料由以下重量份数的原料组成：刚玉45～55份，莫来石35～45份，锆英石5～15份。
7.优选地，所述刚玉成分为α-al2o3。
8.优选地，所述莫来石由以下质量百分数的组分组成：al2o3为71.8％～77.2％，sio2为22.8％～28.2％。
9.优选地，所述莫来石的粒度为0.5～3mm。选用此粒度范围的莫来石，可增强升液管的强度和抗震性。
10.优选地，所述材料由以下重量份数的组分组成：刚玉50～55份，莫来石40～45份，锆英石10～15份。
11.根据本发明第二个方面，提供一种陶瓷升液管的制备方法，包括，
12.按重量份数称取原料为刚玉45～55份、莫来石35～45份以及锆英石5～15份，并将上述原料进行混合并进行搅拌，搅拌2-4小时之后，得到混合物；
13.在所述混合物中加入结合剂，将所述结合剂与所述混合物充分混合均匀之后，采用机压法得到陶瓷坯料，将所述陶瓷坯料进行干燥，干燥之后，在1650～1750℃温度下烧结，得到陶瓷升液管。
14.优选地，所述结合剂选用亚硫酸纸浆废液或纯铝酸钙水泥。结合剂的作用是将刚玉粉末和莫来石粘合在一起。
15.优选地，干燥的时间为48～72小时。
16.与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
17.本发明上述材料制备的陶瓷升液管，具有耐高温、耐压、抗侵蚀和抗震性优良等特点，在高温合金反重力铸造过程中，金属液温度可达到1400-1550℃，下罐压力可达到0.6～0.8mpa，抽真空、充型、增压和保压阶段会对升液管产生热震，本发明中采用莫来石和锆英石具有良好的抗热震性能，能够保证升液管在整个实验过程中不发生破损。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1是本发明一优选实施例中的升液管的结构示意图。
20.图中标记表示为：1为凸台。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
22.实施例1
23.本实施例提供一种用于制备陶瓷升液管的材料，陶瓷升液管的材料由以下重量份数的原料组成：刚玉50份，莫来石40份，锆英石10份，以莫来石颗粒作为骨料，其粒度为0.7mm，选用此粒度的莫来石，可增强升液管的强度和抗震性。以刚玉和锆英石做为粉料。其中，刚玉主要成分是α-al2o3，所选的莫来石由以下质量百分数的组分组成：al2o3含量为75.6％，sio2含量为24.4％，莫来石是通过烧结法人工合成。
24.上述材料的陶瓷升液管，可以通过以下方法制备，具体步骤如下：
25.步骤一、按重量份数称取原料为刚玉50份，莫来石40份，锆英石10份进行配料，采用搅拌机搅拌2小时左右，得到混合物。
26.步骤二、采用亚硫酸纸浆废液作为结合剂，结合剂的作用是将刚玉粉末和莫来石粘合在一起，将上述三种配料总重量7％的亚硫酸纸浆废液加入到步骤一得到的混合物中，将亚硫酸纸浆废液与混合物充分混合均匀之后，再用机压法成型，得到陶瓷坯料，将陶瓷坯料干燥48小时之后，在1650℃温度下烧结，得到陶瓷升液管。
27.实施例2
28.本实施例提供一种用于制备陶瓷升液管的材料，陶瓷升液管的材料由以下重量份数的原料组成：刚玉55份，莫来石40份，锆英石5份，以莫来石颗粒作为骨料，其粒度为2mm，选用此粒度的莫来石，可增强升液管的强度和抗震性。以刚玉和锆英石作为粉料。其中，刚玉主要成分是α-al2o3，所选的莫来石由以下质量百分数的组分组成：al2o3含量为74.5％，sio2含量为25.5％。莫来石通过电熔法人工合成。
29.上述材料的陶瓷升液管，可以采用以下方法制备，具体步骤如下：
30.步骤一、按重量份数称取刚玉55份，莫来石40份，锆英石5份进行配料，采用搅拌机搅拌2小时左右，得到混合物。
31.步骤二、采用亚硫酸纸浆废液作为结合剂，结合剂的作用是将刚玉粉末和莫来石粘合在一起，将上述三种配料总重量9％的亚硫酸纸浆废液加入到混合物中，将亚硫酸纸浆废液与混合物充分混合均匀之后，采用机压法成型，得到陶瓷坯料，将陶瓷坯料干燥60小时之后，在1650℃温度下烧结，得到陶瓷升液管。
32.实施例3
33.本实施例提供一种用于制备陶瓷升液管的材料，陶瓷升液管的材料由以下重量份数的原料组成：刚玉50份，莫来石36份，锆英石14份，以莫来石颗粒作为骨料，其粒度为2.5mm，选用此粒度的莫来石，可增强升液管的强度和抗震性。以刚玉和锆英石作为粉料。其中，刚玉主要成分是α-al2o3，所选的莫来石由以下质量百分数的组分组成：al2o3含量为73.6％，sio2含量为26.4％。莫来石通过电熔法人工合成。
34.上述材料的陶瓷升液管，可以采用以下方法制备，具体步骤如下：
35.步骤一、按重量份数称取刚玉50份，莫来石36份，锆英石14份进行配料，采用搅拌机搅拌3小时左右，得到混合物。
36.步骤二、采用亚硫酸纸浆废液作为结合剂，结合剂的作用是将刚玉粉末和莫来石粘合在一起，将上述三种配料总重量10％的亚硫酸纸浆废液加入到混合物中，将亚硫酸纸浆废液与混合物充分混合均匀之后，采用机压法成型，得到陶瓷坯料，将陶瓷坯料干燥60小时之后，在1720℃温度下烧结，得到陶瓷升液管。
37.实施例4
38.本实施例提供一种用于制备陶瓷升液管的材料，陶瓷升液管的材料由以下重量份数的原料组成：刚玉46份，莫来石44份，锆英石10份，以莫来石颗粒作为骨料，其粒度为3mm，选用此粒度的莫来石，可增强升液管的强度和抗震性。以刚玉和锆英石作为粉料。其中，刚玉主要成分是α-al2o3，所选的莫来石由以下质量百分数的组分组成：al2o3含量为76.2％，sio2含量为23.8％。莫来石通过电熔法人工合成。
39.上述材料的陶瓷升液管，可以采用以下方法制备，具体步骤如下：
40.步骤一、按重量份数称取刚玉46份，莫来石44份，锆英石10份进行配料，采用搅拌机搅拌4小时左右，得到混合物。
41.步骤二、采用纯铝酸钙水泥作为结合剂，结合剂的作用是将刚玉粉末和莫来石粘合在一起，将上述三种配料总重量8％的纯铝酸钙水泥加入到混合物中，将亚硫酸纸浆废液与混合物充分混合均匀之后，采用机压法成型，得到陶瓷坯料，将陶瓷坯料干燥60小时之后，在1750℃温度下烧结，得到陶瓷升液管。
42.在高温合金反重力铸造实验过程中，参照图1所示为陶瓷升液管的结构，将陶瓷升液管下端放置于坩埚中与金属液接触，上端的凸台1与型壳连接。通过实施例1～2得到的升液管，进行调压铸造实验，结果如下表所述：
43.序号性能实施例1实施例2实施例3实施例41升液管抗腐蚀性能无明显腐蚀无明显腐蚀无明显腐蚀无明显腐蚀2升液管抗压性能无破损无破损无破损无破损3型壳充型结果充型良好充型良好充型良好充型良好
44.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。